石墨烯，只有一個(gè)原子厚的碳網(wǎng)絡(luò)，在2010年獲諾貝爾獎(jiǎng)后一夜成名。但現(xiàn)在出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)者：黑色的磷也可以形成這樣的層結(jié)構(gòu)。慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的化學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種半導(dǎo)體材料，其中單個(gè)磷原子被砷取代。在國(guó)際的協(xié)作努力下，美國(guó)的同事已經(jīng)利用新材料制成了第一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

幾十年來(lái)，硅已奠定了現(xiàn)代電子學(xué)的基礎(chǔ)。迄今為止硅技術(shù)可以為其晶體管提供越來(lái)越小的設(shè)備。但硅晶體管的尺寸達(dá)到其物理極限。此外，消費(fèi)者希望能有柔性的可以結(jié)合到服裝和類(lèi)似物品上的設(shè)備。然而，硅是硬而脆的。所有這一切都引發(fā)了對(duì)于有一天能取代硅的新材料的競(jìng)賽。

黑色砷磷可能就是這樣的材料。像石墨烯一樣（由單層的碳原子構(gòu)成）它形成非常薄的層?？赡艿膽?yīng)用領(lǐng)域包括晶體管和傳感器，以及機(jī)械柔性的半導(dǎo)體器件。不像石墨烯電子性能類(lèi)似于金屬，黑色砷磷的電子行為類(lèi)似于半導(dǎo)體。

磷烯vs.石墨烯

德方的慕尼黑工業(yè)大學(xué)和雷根斯堡大學(xué)和美國(guó)的南加州大學(xué)（USC）和耶魯大學(xué)之間的合作已經(jīng)首次制備出由黑色砷磷制成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該化合物是由慕尼黑工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新材料的合成和表征研究小組的MarianneKoepf在實(shí)驗(yàn)室合成的。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的建造和表征是由南加州大學(xué)電氣工程系周教授和劉博士領(lǐng)導(dǎo)的小組完成的。

由慕尼黑工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的新技術(shù)可以在無(wú)高壓條件下合成黑砷磷。這需要更少的能量、更便宜。價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的間隙可以通過(guò)調(diào)整砷的濃度進(jìn)行精確控制?！斑@使我們能夠生產(chǎn)具有以前無(wú)法獲得的電子和光學(xué)性質(zhì)的材料，”TomNilges教授，創(chuàng)新材料合成及表征課題組的帶頭人說(shuō)。

紅外線探測(cè)器

當(dāng)砷的濃度為83％時(shí)，材料顯示出只有0.15電子伏特的小帶隙，使得它注定成為能夠檢測(cè)長(zhǎng)波紅外輻射的傳感器。例如，激光特種（光探測(cè)和測(cè)距）傳感器在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作。除其他事項(xiàng)外，它們被用作汽車(chē)的距離傳感器。另一個(gè)應(yīng)用是對(duì)灰塵粒子和微量氣體的環(huán)境監(jiān)測(cè)。

這些新的、兩維半導(dǎo)體的另一個(gè)有趣的方面是它們各向異性的電子和光學(xué)行為。該材料在同一平面上沿著x軸和y軸表現(xiàn)出不同的特性。為了生產(chǎn)石墨烯狀薄膜，材料可以被剝離成超薄層。迄今獲得的最薄的薄膜只有兩個(gè)原子厚度。

這項(xiàng)工作是由海軍研究辦公室（ONR）、科學(xué)研究空軍辦公室（AFOSR）、科學(xué)技術(shù)KingAbdul-Aziz城(KACST)的卓越納米技術(shù)中心（CEGN），德國(guó)研究理事會(huì)（DFG）和慕尼黑工業(yè)大學(xué)研究生院共同支持。